Intelligente Energieversorgungssysteme
Nur durch intelligentes Zusammenspiel von Energieerzeugung, -verbrauch, -speicherung und -verteilung kann eine nachhaltige Energieversorgung mit hoher Systemsicherheit gelingen. Ein Beitrag dazu leisten unsere Projekte, in denen mit Hilfe intelligenter Software Modellregionen analysiert und Zukunftsszenarien entwickelt werden.
Zudem gestalten wir die klimaneutralen Energiesysteme der Zukunft seit 2021 gemeinsam mit dem Fraunhofer IEG.
SmartBioFlex
Mäanderförmiger Röhrenreaktor zur biologischen Methanisierung als chemischer Speicher zur Bereitstellung von Flexibilisierungsoptionen in Stromnetzen
Förderzeitraum: 01.11.2019 - 31.10.2022
Der geplante Zubau an Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraftanlagen und Photovoltaik-Anlagen, bei gleichzeitigem Rückgang von konventionellen Kraftwerkskapazitäten stellt eine große Herausforderung für die Stromnetzstabilität und die Energieversorgungssicherheit dar. Energieversorgungssicherheit kann nur durch den Einsatz von bedarfsgerechten Speichertechnologien sowie andere begleitende Maßnahmen gewährleistet werden.
Die Arbeitsschwerpunkte des NOWUM im Projekt:
Bio-Power-to-Gas ist eine Art der Energiespeicherung, bei der Mikroben eingesetzt werden, um - bei Stromüberangebot durch Elektrolyse erzeugten - Wasserstoff zu erdgasäquivalentem Methan umzuwandeln, das fast ohne Einschränkung in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden kann. Ziel des Projektes ist der Aufbau und der Testbetrieb einer neuartigen Reaktorbauform als mäanderförmiger Röhrenreaktor. Durch diesen können sowohl der Energieaufwand für den Betrieb als auch die Systemkosten gegenüber herkömmlichen Reaktoren deutlich minimiert werden. Außerdem kann durch eine flexible Bauweise z.B. eine Integration in bestehende Gebäudefassaden erfolgen. Im Projekt wird der Einsatz dieser baulich flexiblen und damit dezentral einsetzbaren Technologie erstmals im Realbetrieb erprobt.
Die Arbeitsschwerpunkte des SIJ im Projekt:
Die Wirkung des Reaktors auf das übergeordnete sektorengekoppelte Energiesystem und sein Stabilisierungs-Potenzial mit Fokus auf das Stromnetz werden modellhaft für die Region Jülich ermittelt. Alle relevanten Systemkomponenten werden hierzu modelliert und mittels der Testbetriebsdaten validiert. Zubauszenarien für zukünftige Last- und Erzeugungsprofile werden unter Berücksichtigung des Zubaus erneuerbarer Energien, Sektorenkopplung und veränderter Energiebedarfe (z.B. verstärkte Nutzung von E-Mobilität) entwickelt, so dass sich zukünftige Betriebsszenarien für ausgewählte Netzgebiete simulieren lassen. Potenziale zur Übertragbarkeit auf andere Netzgebiete und hinsichtlich Skalierbarkeit werden abgeleitet.
Abgeschlossene Projekte
BiStro
Bauwerksintegrierte thermische Speicherung für das Lastmanagement von Stromnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energiequellen
Projektlaufzeit: September 2013 - Juni 2017
Mit dem Fortschreiten der Energiewende werden die Stromnetze zunehmend mit fluktuierenden erneuerbaren Energieträgern durchdrungen. Dies bedingt die dringende Notwendigkeit zur Bereitstellung kostengünstiger Stromspeicher oder entsprechender Lastmanagement-Optionen.
Im Rahmen dieses Vorhabens untersucht das Solar-Institut Jülich der FH Aachen gemeinsam mit seinen Forschungspartnern Viessmann, DuPont de Nemours, RWTH Aachen und Infrawest die Option der Energiespeicherung durch mit Wärmepumpen beheizte und mit thermischer Speicherfähigkeit ausgestattete Gebäude als Schnittstelle zwischen Strom- und Wärmemarkt. Dabei soll die Energiespeicherfähigkeit mit integrierten Latentwärme-Speichermaterialien deutlich erhöht werden. Eine erfolgreiche Umsetzung erfordert die Einbeziehung folgender Aspekte: Anpassung der Niedertemperaturwärmequelle, vorausschauende Regelung und gebäudeseitiges Lastmanagement, thermische Behaglichkeit, benötigte und zulässige Temperaturniveaus. Es wird ermittelt, wie Strombezugspreise an das Über- beziehungsweise Unterangebot angepasst werden müssen, so dass eine Refinanzierung der Zusatzinvestitionen erreicht wird.
Bei erfolgreichem Projektabschluss steht dem Markt ein System zur Verfügung, mit dem einerseits eine hohe negative Regelleistung (ca. 5 GW bei 1 Million Anlagen) dezentral aktiviert und andererseits eine passive Speicherkapazität von einigen 100 GWh zum Ausgleich von Schwankungen der erneuerbaren Energiequellen bereitgestellt werden kann.
Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektpartner:innen:
- Du Pont
- Infrawest
- RWTH Aachen
- Viessmann
Dessert
Entwicklung von Konzepten, Komponenten und Systemlösungen für die Nutzung von Gebäuden als dezentrale Schnittstelle zwischen Wärme- und Strommärkten mit hohem Anteil erneuerbarer Energietechniken
Projektlaufzeit: Januar 2014 - Dezember 2017
Der steigende Einsatz von Technologien der Erneuerbaren Energien zur Deckung des Energiebedarfs erfordert die Entwicklung von technischen Lösungen für ein effizientes, flexibles sowie kostengünstiges Erzeugungs- und Lastmanagement.
Ein interdisziplinärer Forschungsverbund bestehend aus dem Solar-Institut Jülich und den Fachbereichen Energietechnik, Elektro- und Informationstechnik sowie Bauingenieurwesen der Fachhochschule Aachen widmet sich der Herausforderung, Gebäude mit Wärmepumpen (WP) beziehungsweise Blockheizkraftwerken (BHKW) und thermischer Speicherfähigkeit auszustatten. So fungiert sie als Schnittstelle zwischen Strom- und Wärmemarkt und trägt zum Ausgleich von Fluktuationen im Stromnetz bei.
Das zu entwickelnde Konzept umfasst neben Erzeugermanagement und Gebäude-Lastmanagement auch die Mensch-Maschine-Kommunikation. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit Überkapazitäten im schwankenden Energieangebot aus Erneuerbaren Quellen effizient zu nutzen und das Stromnetz durch die Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung zu stabilisieren. Am Beispiel eines fiktiven Referenzgebäudes (Hardware-in-the-loop, Simulation) wird das Potenzial des Konzepts ermittelt, wobei insbesondere der Entscheidungsspielraum für den Betreiber im Wirkungsgefüge von BHKW, Wärmepumpe und Speicherfähigkeit unter Berücksichtigung der Wetter- und Nutzungsprognose sowie der Anforderungen aus dem Stromnetz aufbereitet und dargestellt wird.
Projektförderung:
ClimateCultureLab - CCL
Eine Plattform zur Entfaltung klimafreundlicher Kulturen auf kommunaler Ebene
Weil kultureller Wandel nicht durch Richtlinien verordnet werden kann, braucht es neue Qualitäten der Selbstmotivation. Der Aufbau von Veränderungskompetenz steht an, gerade in Kommunen, damit sich vor Ort nachhaltige KlimaKULTURen besser entfalten können. Gefragt sind neue klimafreundliche Wertmaßstäbe und deren Umsetzung in attraktive Lebensstile. Deshalb hat das Klima-Bündnis zusammen mit seinen Partnern Pestel Institut gGmbH und Solar-Institut Jülich der FH Aachen (SIJ) ein dialogorientiertes Verfahren ins Leben gerufen: das ClimateCulture-Lab (CCL).
Mit 16 analogen Werkstätten in Kommunen sowie einer Online-Plattform soll der KlimeKULTUR-Wandel auf kommunaler Ebene beschleunigt werden. Am Beispiel klimafreundlicher Energieversorgung werden kulturelle Zuammenhänge verdeutlicht und modellhaft Ansätze für (Teil-)Systemlösungen angeregt. Im Mittelpunkt stehen die Bedürfnisse und die Motivation der Beteiligten aus den Kommunen. Gemeinsam mit ihnen wächst ein Dialog- und Lernformat zur Verbreitung von Kulturen, die Klimaschutz und Nachhaltigkeit in Wahrnehmung, Werten und Verhalten verankern.
Projektförderzeitraum: Oktober 2016 - September 2019
durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) im Rahmen der nationalen Klimaschutzinitiative.
Weitere Informationen:
KomRev
Die kommunale Effizienzrevolution für den Klimaschutz in den deutschen Städten - Voraussetzungen, Transformationspfade und Wirkungen
Projektlaufzeit: 11/2012 - 12/2016
Im Projekt KomRev werden effiziente Energienutzungs- und Versorgungskonzepte am Beispiel der Stadt Rheine entwickelt. Ziel war es, mit einer sinnvollen Vernetzung der Bereiche Strom, Wärme und Verkehr eine weitgehend CO2-„freie“ Energieversorgung im Jahr 2050 zu erreichen. Zusammen mit dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt wurden für die Stadt Rheine zwei Konzepte für eine zukunftsfähige und nachhaltige Energieversorgung entwickelt.
Der Schlussbericht ist hier zu finden.
Aus den für Rheine entwickelten Energieversorgungskonzepten wurde projektbegleitend das "Handbuch methodischer Grundfragen zur Masterplan-Erstellung" erstellt. Es gibt Auskunft für engagierte Kommunen, die nachhaltige und klimafreundliche Strategien für die Stadtplanung entwickeln möchten.
Das Handbuch kann kostenlos auf den Seiten des BMUB heruntergeladen werden:
https://www.klimaschutz.de/sites/default/files/handbuch_methodischer_grundfragen_bf_cps_final.pdf
